JP2004164547A - Electronic equipment with communication function - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁場を誘導結合する非接触型のICカードに対してデータの書き込み及び読み出しを行う通信機能を備えた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、鉄道の自動改札機や、建物への入退出におけるセキュリティシステム、電子マネーシステム等の分野では、非接触式のICカードやICタグ等を用いた、いわゆるRFID(Radio Frequency IDentification)システムが導入され始めている。このRFIDシステムは、図1に模式的に示すように、非接触式ICカード100と、このICカード100に対してデータの書き込みや読み出しを行うリーダライタ101とから構成されている。このRFシステムでは、電磁誘導の原理に基づいて、リーダライタ101側のループアンテナ102から磁束が放射されると、放射された磁束が誘導結合によってICカード100側のループアンテナ103と磁気的に結合し、ICカード100とリーダライタ101との間で通信が行われる。
【0003】
このようなRFIDシステムでは、従来の接触型ICカードシステムのように、リーダライタに対してICカードを装填したり金属接点を接触させたりする手間が省け、簡易且つ高速にデータの書き込みや読み出しを行うことができる。
【0004】
このRFIDシステムでは、電磁誘導によりリーダライタ101からICカード100に対して必要な電力の供給が行われるため、ICカード内に電池等の電源を持つ必要がなく、構成を簡素化でき低価格で信頼性の高いICカードを提供することができる。
【0005】
上述したRFIDシステムでは、ICカード100とリーダライタ101との十分な通信可能な範囲を確保するために、ある程度の磁界強度を持った電磁場を放射することのできるループアンテナ102をリーダライタ101側に設ける必要がある。
【0006】
一般に、リーダライタ101用のループアンテナ102は、図2に示すような平面状に導線が巻線されたループコイル200からなっており、このループコイル200は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を等しくした対称形状を有している。なお、これらの具体例としては、Reader/Writerモジュール91に接続された本体側アンテナ90(例えば、特許文献1を参照。)や、リードライト装置RW2のAG1,AG2,AG3(例えば、特許文献2を参照。)等が挙げられる。
【0007】
したがって、このような対称形状を有するリーダライタ101用のループアンテナ102では、図3に示すような対称な磁場分布となる。
【0008】
このループアンテナ102によりICカード100に誘導された電流強度のカード位置依存性を図4に示すと、ループコイル200の中心部を挟んで相対向する位置に、2つの通信可能な領域S1’,S2’が形成されることになる。具体的に、通信可能な領域S1’は、リーダーライタ101側のループアンテナ102とICカード100側のループアンテナ103との互いに対向する各4辺から発生する磁界がそれぞれの位置で誘導結合した理想的な結合状態であるのに対して、この通信可能な領域S1’より外側になると、リーダーライタ101側のループアンテナ102が発生する磁場の向きが反転する中央の領域でICカード100側のループアンテナ103に錯交する磁場が互いに打ち消し合うために、誘導電流が通信に必要なレベル以下となる。さらに、外側に向かうとリーダーライタ101側のループアンテナ102とICカード100側のループアンテナ103との4辺のうち、1辺同士のみが結合するために、通信可能な領域S1’より誘導電流が小さく且つ狭い通信可能な領域S2’が現れる。
【0009】
なお、図4において、横軸の原点0は、リーダライタ101側のループアンテナ102の中心位置を示し、正方向は、ICカード100が原点0から外側に向う方向を示す。一方、縦軸は、リーダライタ101側のループアンテナ102の磁界が電磁誘導によってICカード100側のループアンテナ103に発生させた誘導電流強度を示し、図4中点線s’で示す値以上となる領域が通信可能な領域となる。
【0010】
ここで、ICカード100側のループアンテナ103とリーダライタ101側のループアンテナ102との中心位置が一致したところ、すなわち原点0から外側に通信可能な領域S1’が連続的に大きく広がるほど、使い勝手が良いことになる。
【0011】
上述した従来のループコイル200では、原点0から外側に向かうと、通信可能な領域S1’から一旦外れて通信不可能な領域に入り、更に外側に向かうことによって通信可能な領域S2’に再び入ることになる。実用的な観点からは、通信可能な領域S1’と通信可能な領域S2’との間に通信不可能な領域のない、換言すれば、通信可能な領域S1’のみを広げることが望ましい。
【0012】
このようなリーダライタ101用のループアンテナ102は、渦電流の影響等によりMg合金等の金属製の筐体にそのまま取り付けて使用することができない。このため、図5に示すように、金属製の筐体300を使用する場合には、この筐体300とループコイル200との間に磁性体シート301を介在させ、このループコイル200上に保護材であるポリカーボネート等の樹脂シート302を配置した構造としている。この場合も、リーダライタ101用のループアンテナ102は、ICカード100に対して効率よく電磁場を放射することができず、上述したICカード100とリーダライタ101との通信可能な範囲が狭くなるといった問題が発生してしまう。
【0013】
筐体400を合成樹脂により形成した場合には、図6に示すように、電子回路に電磁誘導ノイズを発生させないように、合成樹脂製の筐体400内にある電気回路基板401とループアンテナ102との間にスペーサ402を配置する必要があり、厚さが大きくなってしまう。従来のリーダライタ101用のループアンテナ102は、ICカード100側のループアンテナ103とほぼ同じ大きさを有している。このような従来のリーダライタ101用のループアンテナ102では、小型化及び薄型化が困難である。
【0014】
以上のような技術的な困難性がある一方で、例えば携帯可能な小型の電子機器を構成する合成樹脂製の筐体や金属製の筐体に、上述したリーダライタ101を搭載する場合がある。この場合、ICカード100の外形と同等若しくは小さく且つ薄型のリーダライタ用のループアンテナ102が必要となる。
【0015】
上述した携帯可能な小型の電子機器は、固定設置型の電子機器とは異なり、装置の大きさに制約があるために、配置空間を工夫したとしても、ループアンテナ102が放射する電磁場が内部に近接して配置された電子回路基板等に影響を与えることを低減したり、金属製の筐体によるループアンテナ102への影響を低減する目的で、その内部空間を確保するには大きな制約がある。したがって、金属製の筐体によるループアンテナ102への影響や、ループアンテナ102自身が放射する電磁場の電子回路基板等に与える影響を低減する新たな方法が望まれている。
【0016】
さらに、携帯可能な小型の電子機器は、低消費電力化の要求が強く、ループアンテナ102の駆動電流を大きくする余裕がなく、小さな駆動電流でも十分な磁場強度を確保することができる高効率なアンテナ構造が新たに必要となる。
【0017】
さらにまた、携帯可能な小型の電子機器は、設置場所の制限や操作部を構成するキーボード等の他の機能を実行する場所との位置関係によって、希望するR/W101の送受信位置が必ずしもループアンテナ102の中心とはならず、使い勝手を考慮した送受信位置を自由に設定したいといった携帯可能な小型の電子機器特有の要求もある。
【0018】
ところで、空間配置以外の方法で金属筐体によるループアンテナ102への影響を低減し得る従来技術としては、板状の磁性材料を使い金属体の影響を低減したICタグ・アンテナ(例えば、特許文献3を参照。)や、磁性材料を使いアンテナ磁界を偏向することにより金属体の影響を低減したカードローダ・アンテナ(例えば、特許文献4を参照。)がある。
【0019】
【特許文献1】
特開平10−144048号公報(第3−4頁、第4図)
【特許文献2】
特開2001−331829号公報(第19頁、第16図)
【特許文献3】
特開2001−331772号公報
【特許文献4】
特開2002−123799号公報
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術は、いずれも使用電力及び設置場所が材料的及び空間的に制限された携帯可能な小型の電子機器において、最適な小型且つ薄型のR/W用のループアンテナを実現することが困難である。
【0021】
本発明の目的は、上述したような従来の技術が有する問題点を解消し得る新規な通信機能付き電子機器を提供することにある。
【0022】
本発明の他の目的は、機器本体を構成する筐体を構成する材料の影響を低減することによって、書き込み及び/又は読み出し情報の正確な授受を可能とした通信機能付き電子機器を提供することにある。
【0023】
本発明に更に他の目的は、機器自体の更なる小型化及び高性能化を可能とした通信機能付き電子機器を提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上述したような目的を達成するため、本発明に係る通信機能付き電子機器は、部品を収納する金属製の筐体と、この筐体に配置され、ループアンテナが内蔵された通信機能を備えたICカードと通信を行う通信用アンテナ部とを備え、通信用アンテナ部は、ICカードが筐体に接近したとき、ICカードに内蔵されたアンテナ部の一部が通信用アンテナ部の一部に重なり、ICカード側のアンテナ部の一部が筐体と重ならない位置にするように筐体に配設されている。ここで、ICカード側のアンテナ部には、ループコイルからなるループアンテナが用いられる。
【0025】
金属製の筐体は、少なくとも通信用アンテナ部が配設されると共にICカードの一部が対向される領域の幅を、少なくとも短辺と長辺を有し長方形状に形成されたICカードの長辺方向の長さより小さくされている。
【0026】
本発明に係る電子機器の金属製の筐体には、この筐体に配設されるアンテナ部の位置を示す指標部が設けられている。
【0027】
金属製の筐体のICカードが対向される領域には、ICカードの筐体に対向する位置を位置決めする位置決め部が設けられている。
【0028】
本発明に係る電子機器は、アンテナ部が内蔵された通信機能を備えたICカードを、金属製の筐体に接近、すなわち筐体上に位置させたとき、ICカードに内蔵されたアンテナ部の一部のみが筐体側の通信用アンテナ部の一部に重なり、ICカードへの書き込み又は読み出される情報の授受を行う通信特性の劣化を防止する。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に通信機能付き電子機器を図面を参照して説明する。
【0030】
まず、本発明に係る通信機能付きの電子機器に用いられるアンテナ装置を説明する。このアンテナ装置は、図7に示すような構成を備えたRFIDシステムに用いられる。RFIDシステムは、図7に示すように、非接触型ICカード1と、このICカード1に対してデータの書き込み及び読み出しを行うリーダライタ(以下、R/Wという。)50とから構成されている。
【0031】
ICカード1は、例えばISO7810に準拠した電池等の電源を内蔵していない所謂バッテリレスのICカードである。このICカードは、いわゆるクレジットカードと同サイズ、すなわち手のひらに乗る程度の大きさの短辺と長辺を有する長方形状に形成されている。このICカード1は、その内部に設けられた基板上に、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ2と、データの書き込み及び読み出しを行うための各種処理を行う電子回路及びメモリが集積されたIC(Integrated Circuit)3とを有している。
【0032】
ループアンテナ2は、平面状に導線が巻線されたループコイル4からなり、このループコイル4と並列に接続されたコンデンサ5と共に共振回路を構成している。このループアンテナ2は、後述するR/W50側のループアンテナから放射された電磁場と結合し、結合された電磁場を電気信号に変換した後、ICに供給する。
【0033】
IC3は、ループコイル4から供給された電気信号を整流平滑する整流回路6と、整流回路6から供給された電気信号を直流電力に変換するレギュレータ7と、整流回路6から供給された電気信号の高域成分を抽出するHPF(High Pass-Filter)8と、HPF8から入力された高周波成分の信号を復調する復調回路9と、この復調回路9から供給されるデータに対応してデータの書き込み及び読み出しを制御するシーケンサ10と、復調回路9から供給されるデータを記憶するメモリ11と、ループコイル4により送信するデータを変調する変調回路12とを備える。
【0034】
整流回路6は、ダイオード13、抵抗14及びコンデンサ15から構成されている。このうち、ダイオード13のアノード端子がループコイル4及びコンデンサ5の一端に接続され、ダイオード13のカソード端子が抵抗14及びコンデンサ15の一端に接続され、抵抗14及びコンデンサ15の他端がループコイル4及びコンデンサ5の他端に接続されている。この整流回路6は、ループコイル4から供給された電気信号を整流平滑した電気信号をレギュレータ7及びHPF8に出力する。
【0035】
レギュレータ7は、上述した整流回路6のダイオード13のカソード端子、抵抗14及びコンデンサ15の一端と接続されている。このレギュレータ7は、整流回路6から供給された電気信号の電圧変動(データ成分)を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ10に供給する。これにより、シーケンサ10等の誤動作の原因となる、例えばICカード1の位置が動くことにより発生する電圧変動、並びにICカード1内の消費電力の変化により発生する電圧変動が抑制される。
【0036】
HPF8は、コンデンサ16及び抵抗17により構成されており、上述した整流回路6から供給された電気信号の高域成分を抽出し、復調回路9に出力する。
【0037】
復調回路9は、上述したHPF8のコンデンサ16の他端及び抵抗17の一端と接続されており、このHPF8から入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ10に出力する。
【0038】
シーケンサ10は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)を内部に有し、上述した復調回路9と接続されている。このシーケンサ10は、復調回路9から入力された信号(コマンド)をRAMに記憶させ、ROMに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、必要に応じてメモリ11に格納されているデータを読み出し、或いはメモリ11に復調回路9から供給されるデータを書き込む。このシーケンサ10は、コマンドに対応するレスポンスを返すために、レスポンス信号を生成し、変調回路12に供給する。
【0039】
メモリ11は、データの保持に電力を必要としないEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリからなり、上述したシーケンサ10と接続されている。このメモリ11は、シーケンサ10の解析結果に基づいて、復調回路9から供給されるデータを記憶する。
【0040】
変調回路12は、インピーダンス18とFET(Field Effect Transistor)19との直列回路から構成されており、このうち、インピーダンス18の一端が上述した整流回路6のダイオード13のカソード端子に接続され、インピーダンス18の他端がFET19のドレイン端子と接続され、FET19のソース端子が接地点に接続され、FET19のゲート端子がシーケンサ10と接続されている。この変調回路12は、上述した共振回路を構成するループコイル4と並列に接続されており、FET19をシーケンサ10からの信号に対応してスイッチング動作させ、ループコイル4に対するインピーダンス18の負荷を変動させる、いわゆる付加変調方式を採用している。
【0041】
これに対して、R/W50は、送受信するデータの制御を行う制御回路51と、データの変調及び復調を行う変調回路52及び復調回路53と、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ54とを有して構成される。
【0042】
制御回路51は、例えば外部からの指令や内蔵するプログラムに従って、各種制御用のコントロール信号を生成し、変調回路52及び復調回路53を制御すると共に、指令に対応した送信データを生成し、変調回路52に供給する。また、制御回路51は、復調回路53からの応答データに基づいて、再生データを生成し、外部に出力する。
【0043】
変調回路52は、制御回路51から入力された送信データを発信器が変調し、この変調した信号をループアンテナ54に供給する。
【0044】
復調回路53は、ループアンテナ54からの変調波を復調し、この復調したデータを制御回路51に供給する。
【0045】
ループアンテナ54は、導線を平面状に巻線したループコイルからなり、変調回路52より供給された変調波に対応した電磁場を放射すると共に、ICカード1側のループコイル4の負荷変動を検出する。なお、ループアンテナ54には、R/W50のアンテナ駆動回路方式に応じて、共振用のコンデンサが並列或いは直列に接続される場合もある。
【0046】
以上のように構成されるRFIDシステムでは、IDカード1に対して所定のデータの書き込みが指令されると、この指令に基づいて、R/W50の制御回路51が書き込みのためのコマンド信号を生成すると共に、指令に対応した送信データ(書き込みデータ)を生成し、変調回路52に供給する。変調回路52は、入力された信号に基づいて、発振信号の振幅を変調し、ループアンテナ54に供給する。ループアンテナ54は、入力された変調信号に対応する電磁波を放射する。
【0047】
ここで、ICカード1のループコイル4及びコンデンサ5からなる共振回路の共振周波数は、R/W50からの発振周波数(キャリア周波数)に対応する値、例えば13.56MHzに設定されている。したがって、この共振回路は、放射された電磁場を共振動作により受信し、受信した電磁場を電気信号に変換した後、IC3に供給する。変換された電気信号は、整流回路6に入力され、この整流回路6により整流平滑された後、レギュレータ7に供給される。そして、このレギュレータ7は、整流回路6から供給された電気信号の電圧変動(データ成分)を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ10に供給する。
【0048】
整流回路6により整流平滑された信号は、変調回路12を介してHPF8に供給され、高域成分が抽出された後、復調回路9に供給される。この復調回路9は、入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ10に供給する。シーケンサ10は、復調回路9から入力された信号(コマンド)をRAMに記憶させ、ROMに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、メモリ11に復調回路9から供給された書き込みデータを書き込む。
【0049】
一方、シーケンサ10は、復調回路9から入力された信号(コマンド)が読み出し指令である場合に、その指令に対応する読み出しデータをメモリ11から読み出す。また、シーケンサ10は、読み出しデータに対応して、変調回路12のFET19がスイッチング動作される。すなわち、変調回路12では、FET19がオンされると、インピーダンス18にループコイル4が並列に接続され、FET19がオフされると、インピーダンス18とループコイル4との並列接続が解除される。その結果、このICカード1側のループアンテナ2と磁気的に結合しているR/W50側のループアンテナ54のインピーダンスが、読み出しデータに対応して変化する。したがって、ループアンテナ54の端子電圧は、そのインピーダンスの変化に応じて変動することとなり、R/W50は、この変動分を復調回路53が復調することで、読み出しデータを受信することができる。
【0050】
以上のようにして、ICカード1とR/W50との間で通信が行われ、ICカード1に対してR/W50によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行われる。
【0051】
ところで、上述したR/W50側のループアンテナ54は、図8に示すように構成されたアンテナ装置80を用いた。このアンテナ装置80は、電磁場を誘導結合するためのループコイル81と、このループコイル81のICカード1と対向する主面とは反対側の主面と対向して配置された磁性体シート82とを有している。
【0052】
ループコイル81は、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板83の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。このループコイル81の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル81となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル81となる導体パターンを形成してもよい。
【0053】
ループコイル81は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を一の方向において異ならせた非対称の形状とされている。すなわち、このループコイル81は、一の方向(図8中矢印Zで示す上下方向)において、その各巻線間の間隔及び線幅が狭くなる下辺部81aと、その各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上辺部上81bとを有している。
【0054】
一方、磁性体シート82は、その主面内にループコイル81が収まるように、ループコイル81よりも大きい矩形状に形成されている。このアンテナ装置80は、ループコイル81のICカード1と対向する面とは反対側の面に磁性体シート82が貼り合わされた構造を有している。
【0055】
この場合、アンテナ装置80の図8中矢印Zで示す一の方向の磁場分布は、図9に示すように、ループコイル81の各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上辺部81bにおいて強調されたものとなる。すなわち、このアンテナ装置80による磁場分布は、図3に示すような対称な磁場分布とは異なり、非対称なものとなる。
【0056】
本発明に係るアンテナ装置80は、ループコイル81を非対称な形状とし、このループコイル81による放射磁界分布を制御することによって、上述したICカード1とR/W50との通信可能な範囲を広げること共に、通信可能な位置を一の方向においてシフトさせることが可能である。このアンテナ装置80では、ループコイル81の大きさをICカード1側のループコイル4よりも小さくすることが可能なことから、更なる小型化が可能である。
【0057】
本発明に係るアンテナ装置80は、磁性体シート82をループコイル81のICカード1と対向する面とは反対側の面に対向配置することによって、ループコイル81のICカード1と対向する面側の磁場分布のみを強調することができる。したがって、このアンテナ装置80は、磁界強度が増強されることによって、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲を更に広げることができる。
【0058】
上述したR/W50に用いられるループアンテナ54は、図10に示すように構成されたアンテナ装置90を用いたものであってもよい。
【0059】
図10に示すアンテナ装置90は、電磁場を誘導結合するためのループコイル91と、このループコイル91の中心部を貫通した状態で重ね合わされた磁性体シート92とを有している。
【0060】
ループコイル91は、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板93の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。このループコイル91の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル91となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル91となる導体パターンを形成してもよい。
【0061】
ループコイル91は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を一の方向において異ならせた非対称の形状とされている。すなわち、ループコイル91は、一の方向(図10中矢印Zで示す上下方向)において、その各巻線間の間隔及び線幅が狭くなる下辺部91aと、その各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上辺部91bとを有している。また、ループコイル91の中心部には、磁性体シート92を貫通させるための貫通孔94が設けられている。
【0062】
一方、磁性体シート92は、ループコイル91の一の方向に沿って、このループコイル91を構成した巻線の最外幅よりも幅広となる矩形状の幅広部92aと、この幅広部92aの下端中央部から下方に向かって延長されたループコイル91の巻線の最内幅よりも幅狭となる矩形状の幅狭部92bとを有している。すなわち、この磁性体シート92において、幅広部92aは、その平面内にループコイル91の上辺部91bが収まるように、ループコイル91よりも大きい矩形状を為している。一方、幅狭部92bは、ループコイル91の貫通孔94を貫通するのに十分な幅を有し、且つ、その平面内にループコイル91の下辺部91aが収まるように、このループコイル91よりも小さい矩形状を為している。
【0063】
このアンテナ装置90は、ループコイル91の貫通孔94に、ICカード1と対向する面とは反対側の面側からICカード1と対向する面側に向かって、磁性体シート92の幅狭部92bが貫通した状態で、ループコイル91に磁性体シート92が一の方向に沿って貼り合わされた構造を有している。したがって、この磁性体シート92は、ループコイル91の巻線の間隔が狭くなる下辺部91aにおいて、幅狭部92bの一方の面側がループコイル91のICカード1と対向する面に対向し、ループコイル91の巻線の間隔が広くなる上辺部91bにおいて、幅広部92aの他方の面側がループコイル91のICカード1と対向する主面とは反対側の面に対向して配置されている。
【0064】
この場合、アンテナ装置90により形成される図10中矢印Zで示す一の方向の磁場分布は、図11に示すように、ループコイル91の巻線間隔及び線幅が広くなる上辺部91bにおいて強調された非対称なものとなる。
【0065】
したがって、アンテナ装置90は、ループコイル91を非対称の形状とし、ループコイル91による放射磁界分布を制御することによって、上述したICカード1とR/W50との通信可能な範囲を広げること共に、通信可能な位置を一の方向においてシフトさせることが可能である。このアンテナ装置90は、ループコイル91の大きさをICカード1側のループコイル4よりも小さくすることが可能なことから、更なる小型化が可能である。
【0066】
このアンテナ装置90は、ループコイル91の巻線間隔が狭くなる下辺部91aにおいて、磁性体シート92の幅狭部92bがループコイル91のICカード1と対向する面に対向し、ループコイル91の巻線間隔が広くなる上辺部91bにおいて、磁性体シート92の幅広部92aがループコイル91のICカード1と対向する面とは反対側の面に対向して配置されていることから、ループコイル91のICカード1と対向する面のうち、ループコイル91の巻線間隔及び線幅が広くなる上辺部91bの磁場分布のみを強調することができる。また、 アンテナ装置90は、ループコイル91の巻線間隔及び線幅が広くなる上辺部91bの磁界強度が増強されることによって、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲を1箇所において大きく広げることが可能である。
【0067】
ところで、上述したアンテナ装置80,90は、磁性体シート82,92の面内方向において通信周波数における実効比透磁率μ’を20以上とし、磁性体シート82,92の飽和磁化量Msと厚みtとの積Ms・tを6emu/cm2以上とすることによって、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲を広げることが可能である。
【0068】
具体的に、磁性体シート82,92の通信周波数における実効比透磁率μ’と通信範囲との関係を調べたところ、図12に示すような測定結果が得られた。すなわち、これらアンテナ装置80,90の通信可能な範囲を広げるためには、磁性体シート82,92の比透磁率μ’を20以上とすることが好ましく、更に好ましくは、磁性体シート82,92の比透磁率μ’を30以上とすることによって、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲を更に広げることが可能である。
【0069】
磁性体シート82,92の飽和磁化量Msと厚みtとの積Ms・tと通信距離との関係を調べたところ、図13に示すような測定結果が得られた。これらアンテナ装置80,90の通信距離を伸ばすためには、磁性体シート82,92の飽和磁化量Msと厚みtとの積Ms・tを6emu/cm2以上とすることが好ましく、さらに10emu/cm2以上とすることが好ましい。これら磁性体シート82,92は、その保持力Hcが10Oe以下であることが好ましい。
【0070】
上述したアンテナ装置80,90は、必要な通信範囲に応じて、磁性体シート82,92の比透磁率μ’と、磁性体シート82,92の飽和磁化量Msと厚みtとの積Ms・tとを設定することを特徴としており、これら磁性体シート82,92の比透磁率μ’及び飽和磁化量Msと厚みtとの積Ms・tを最適化することによって、ICカード1とリーダライタ50との通信可能な範囲を広げることが可能である。
【0071】
これらのアンテナ装置80,90は、通信性能を向上させることによって、ループコイル81,91の大きさをICカード1側のループコイル4よりも小さくすることが可能となる。このようなアンテナ装置80,90を用いるR/W等の電子機器装置全体の厚みを1mm以下とすることが可能であり、更なる小型化及び薄型化が可能である。
【0072】
なお、上述したアンテナ装置80,90は、ループコイル81,91の各巻線間の間隔及び線幅を同時に異ならせたものに限定されず、例えばループコイル81,91の各巻線間の間隔のみを異ならせたものであってもよい。また、ループコイル81,91を非対称の形状する一の方向は、放射磁界分布を広げたい任意の方向に設定することが可能である。例えば、上述したZ方向と直交する方向において、ループコイル81,91の各巻線間の間隔及び線幅を異ならせた非対称形状としてもよく、これらZ方向及びZ方向と直交する方向において、ループコイル81,91の各巻線間の間隔及び線幅を異ならせた非対称の形状としてもよい。
【0073】
このように、上述したアンテナ装置80,90は、ループコイル81,91を非対称の形状とする方向によって、ループコイル81,91の放射磁界分布を制御することが可能であり、ICカード1に対するR/W50の読み出し及び書き込み位置を任意に調整することが可能である。
【0074】
次に、上述した図8に示すアンテナ装置(以下、平面非対称型ループアンテナという。)80と、図10に示す他のアンテナ装置(以下、立体非対称型ループアンテナという。)90と、図2に示す従来のアンテナ装置(以下、平面対称型ループアンテナという。)200とについて、図14に示す合成樹脂を用いて形成した筐体に配置した場合と、図15に示す金属を用いて形成した筐体に配置した場合との通信性能の比較をそれぞれ行った。
【0075】
なお、ここで比較するために用いた従来のアンテナ装置200においても、ICカードと対向する面とは反対側の面に磁性体シートを配置した構成とした。
【0076】
なお、図14及び図15は、R/W側に配置された各ループアンテナ80,90,200によりICカードに誘導された電流強度のカード位置依存性を示す特性図であり、横軸の原点0は、R/W側の各ループアンテナ80,90,200の中心位置を示し、正方向は、ICカードが原点0から外側に向かった方向を示す。一方、縦軸は、R/W側の各ループアンテナ80,90,200の磁界が電磁誘導によってICカード側のループアンテナに発生させた誘導電流強度を示し、図中点線sで示す値以上となる領域が通信可能な領域となる。なお、図14及び図15において、細線Aは、平面対称型ループアンテナ200の特性を示し、中太線Bは、平面非対称型ループアンテナ80の特性を示し、太線Cは、立体非対称型ループアンテナ90の特性を示す。
【0077】
各ループアンテナ80,90,200を合成樹脂製の筐体に用いた場合、従来の平面対称型ループアンテナ200は図14中Aに示すように、2つの通信可能な領域S1’,S2’が形成されてしまい、それぞれの通信可能な範囲も狭くなっていることが分かる。これに対して、本発明の平面非対称型ループアンテナ80は、図14中Bに示すように、2つの通信可能な領域S1,S2が形成されるものの、領域S1の通信可能な範囲が大きく広がっていることがわかる。また、本発明の立体非対称型ループアンテナ90は、図14中Cに示すように通信可能な領域Sが中央よりに一箇所のみ形成されており、その通信可能な範囲も他と比べて最も広がっていることがわかる。このように、通信可能な領域Sが一箇所のみに形成されるのは、立体非対称型のループアンテナ構造をとることによって、図11の磁場分布が示すように単一放射磁場が形成されたためである。なお、図9には、非対称な相方向放射磁場が描かれている。
【0078】
一方、各ループアンテナ80,90,200を金属製の筐体に用いた場合には、この金属製の筐体の影響により何れのループアンテナ80,90,200も、図15に示すように、合成樹脂製の筐体に適用した場合に比べて通信可能な範囲が狭くなっているものの、従来の平面対称型ループアンテナ200に比べて、本発明の平面非対称型ループアンテナ80及び立体非対称型ループアンテナ90の方が、誘導電流の落ち込みが少なく、筐体の材質による影響が少ないことがわかる。
【0079】
以上のことから、平面非対称型ループアンテナ80及び立体非対称型ループアンテナ90は、原点0から外側に通信可能な領域S1,Sが連続的に広がることによって、その通信性能を向上させることが可能である。特に、立体非対称型ループアンテナ90では、通信可能な領域Sを1箇所において大きく広げることが可能なことから、使い勝手がよく、平面非対称型ループアンテナ80に比べてインピーダンスを低くすることが可能であり、低消費電力化に有利となっている。
【0080】
これら平面非対称型ループアンテナ80及び立体非対称型ループアンテナ90では、筐体を構成する材料の性質による影響を少なくすることが可能であり、従来の平面対称型ループアンテナ200に比べて通信可能な範囲を広げることが可能である。
【0081】
次に、上述した各ループアンテナ80,90,200について、ICカードと対向する面とは反対側の面に磁性体シートを配置しない場合と、磁性体シートを配置した場合との通信性能の比較を行った。その結果を図16及び図17に示す。図16及び図17は、R/W側に配置された各ループアンテナ80,90,200によりICカードに誘導された電流強度のカード位置依存性を示す特性図であり、横軸の原点0は、R/W側の各ループアンテナ80,90,200の中心位置を示し、正方向は、ICカードが原点0から外側に向かった方向を示す。一方、縦軸は、R/W側の各ループアンテナ80,90,200の磁界が電磁誘導によってICカード側のループアンテナに発生させた誘導電流強度を示す。そして、図16は、磁性体シートを配置した場合の特性をに示し、図17は、磁性体シートを配置しない場合をに示す。図16及び図17において、細線Aは、平面対称型ループアンテナ200の特性を示し、中太線Bは、平面非対称型ループアンテナ80の特性を示し、太線Cは、立体非対称型ループアンテナ90の特性を示す。
【0082】
図16及び図17に示すように、各ループアンテナ80,90,200は、何れも磁性体シートを配置しない場合に比べて、磁性体シートを配置した場合の方が磁場強度を強め、結果として誘導電流強度を増強できることがわかる。このように、磁性体シートをループアンテナのICカードと対向する主面とは反対側の主面に配置することは、磁界強度の増強によってICカード側のループアンテナの誘導電流を高めることになり、R/Wの通信可能な範囲の拡大及び低消費電力化を図る上で大変有効である。
【0083】
次に、上述したRFIDシステムを図18に示すような通信端末装置70に適用された例を挙げて説明する。この通信端末装置70は、R/W50用のループアンテナ54として、上述した立体非対称型ループアンテナ90を用いている。
【0084】
この通信端末装置70は、PDA(Personal Digital Assistants)と呼ばれるユーザが持ち運び可能な小型の電子機器であり、例えば情報通信機能や、ストレージ機能、カメラ機能等を一つモジュール内に集約した構造を有している。
【0085】
通信端末装置70は、本体部71と、パネル部72とを有し、ヒンジ機構部73を介してパネル部72が本体部71に対して開閉可能に取り付けられている。本体部71には、各種操作を行うための操作ボタン等からなる入力部74が設けられており、この入力部74の下方には、上述したR/W50の立体非対称型ループアンテナ90が配置されている。
【0086】
本体部71の内部には、各部を制御するマイクロコンピュータ(CPU)が設けられている。一方、パネル部72には、液晶表示パネルからなる表示部75が設けられており、入力部74による操作状態や、R/W50によるICカード1からの読み出しデータ等をCPUの制御のもとで表示することができる。ヒンジ機構部73には、CCDカメラ76が搭載されており、入力部74を操作し、このCCDカメラ76により撮影された画像を表示部75に表示することも可能である。
【0087】
通信端末装置70は、図19に示すように、小型軽量で薄型化を図った場合の剛性を確保するため、マグネシウム(Mg)合金等の金属により形成した筐体77を用いて本体部71を構成している。この金属製の筐体77内には、立体非対称型ループアンテナ90が配置されている。このアンテナ90は、筐体77の内部に形成したアンテナ収納凹部77aに収納するように配置されている。アンテナ収納凹部77aに収納されたアンテナ90は、保護材であるポリカーボネート等の樹脂部材78に覆われて脱落が防止されている。なお、筐体77は、このような金属製のものに限らず、、例えば高剛性の合成樹脂等の非金属材料により形成したものであってもよい。
【0088】
ここで、立体非対称型ループアンテナ90は、ループコイル91が上述した一の方向をICカード1の走査方向となるようにして配置されている。ICカード1は、この通信端末装置70の入力部74とは反対側、すなわちループアンテナ90のループコイル91の巻線間隔及び線幅が狭くなる下辺部91aから走査されることになる。
【0089】
この場合、立体非対称型ループアンテナ90による磁場分布は、図20に示すように、ループコイル91の巻線間隔及び線幅が広くなる上辺部91bにおいて強調されたものとなり、このループコイル91の巻線間隔及び線幅が広くなる上辺部91bの磁界強度が増強されることによって、ICカードとR/W50との通信可能な範囲Sを1箇所において大きく広げることが可能である。
【0090】
したがって、この通信端末装置70では、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲を拡大することが可能であり、入力部74とは反対側からICカード1が走査される場合でも、立体非対称型ループアンテナ90の設置場所の制約によらず、ICカード1に対するデータの書き込み及び読み出しを適切に行うことが可能である。
【0091】
通信端末装置70は、本体部71を構成する筐体77を金属により形成した場合でも、立体非対称型ループアンテナ90を配置することによって、ICカード1とR/W50との通信可能な範囲が狭まることを抑制することが可能である。
【0092】
更に、通信端末装置70は、ICカード1側のループアンテナ2よりもR/W50側のループアンテナ90を小さくすることも可能なことから、この装置の更なる小型化及び低消費電力化が可能である。
【0093】
次に、上述した通信端末装置70に搭載された立体非対称型ループアンテナ90の製造方法の一例について説明する。
【0094】
立体非対称型ループアンテナ90は、図21に示すフローチャートに示す手順に従って作製される。
【0095】
立体非対称型ループアンテナ90を作製するには、まず磁性体シート92を作製する。磁性体シート92を作製する際は、先ず、ステップS1において、ゴム系樹脂からなるバインダ中に、磁性粉、溶剤及び添加物を混合した磁性塗料を作製する。ここでは、磁性粉として、Fe96重量%、Crを3重量%、Coを0.3重量%及びその他の磁性材料を含有するFe系磁性材料を用いた。
【0096】
その後、ステップS2において、この磁性塗料を濾過し、バインダ中から所定の粒径以上となる磁性粉を除去した磁性塗料を作製する。
【0097】
次に、ステップS3において、図22に示す押出し成形機を用いて、液溜め部95に溜められた磁性塗料96を一対のローラ97a,97bの間から押し出しながら、所定の厚みとなる長尺状の磁性体シート92を作製する。
【0098】
次に、ステップS4において、長尺状の磁性体シート92を乾燥させ、この磁性体シート92中からバインダを除去する。
【0099】
次に、ステップS5において、図23に示す塗布装置を用いて、一対のローラ98a,98bの間に帯状の磁性体シート92を挟み込みながら、磁性体シート92aの一方の面に接着剤99を塗布する。
【0100】
次に、ステップS6において、帯状の磁性体シート92を所定の形状に型抜きプレスする。
【0101】
以上のようにして、図18(A)及び図18(B)に示すような磁性体シート92が作製される。
【0102】
次に、図24に示すように、上述したループコイル91を用意する。上述したように、このループコイル91は、ポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板93の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。このループコイル91の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル91となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル91となる導体パターンを形成してもよい。ループコイル91の中心部には、磁性体シート92を貫通させるための貫通孔94が形成される。
【0103】
次に、図26に示すように、ループコイル91の貫通孔94に、磁性体シート90の幅狭部92bを貫通させ、このループコイル91と磁性体シート92とを一の方向に沿って貼り合わせる。このとき、磁性体シート92は、接着剤99が塗布された面をループコイル91のICカード1と対向する面に対向するようにする。ループコイル91の巻線間隔が狭くなる下辺部91aにおいて、幅狭部92bをループコイル91のICカード1と対向する主面に貼り付ける。これにより、ループコイル91の巻線間隔が広くなる上辺部91bにおいて、幅広部92aを上述した通信端末装置70のアンテナ収納凹部77aに貼り付けることができる。
【0104】
上述したような工程を経て立体非対称型ループアンテナ90を作製することができる。このように、立体非対称型ループアンテナ90は、ループアンテナ91の貫通孔94に磁性体シート92を貫通させた状態で重ね合わせ、接着剤99により貼り付けた製造が容易な構造を有している。
【0105】
磁性体シート92は、図27に示すように、比較的柔らかいフレキシブル性を有するものが好ましい。この場合、磁性体シート92の変形によってループコイル91の下辺部91aと上辺部91bとの変形を抑制し、この立体非対称型ループアンテナ90の全体の厚みT1を薄くすることができる。これに対して、図28に示すように、磁性体シート92が硬い場合には、ループコイル91の下辺部91aと上辺部91bとの変形が大きくなり、立体非対称型ループアンテナ90の全体の厚みT2が厚くなってしまう。
【0106】
ところで、上述したように、平面非対称型ループアンテナ80又は立体非対称型ループアンテナ90等を用いたアンテナ部を内蔵し、上述したようにループアンテナを備え誘導結合により非接触型のICカードとの間で、情報の授受を行うように構成された電子機器、例えば上述したような通信端末装置において、アンテナ部を内蔵する装置本体を構成する筐体をマグネシウム合金、アルミニウム、ステンレス、鉄等の金属より形成すると、この金属製の筐体にICカードを近接させたとき、ICカードが正常に作動しなくなる。すなわち、通信端末装置側及びICカード側のそれぞれに空芯型のコイルを用いたアンテナであるループアンテナを用いた場合には、通信端末装置の筐体を金属製にすると、ICカードに設けたループアンテナのインダクタンスが減少し、共振周波数が上がることにより、通信端末装置とICカードとの間で正常な通信が行えなくなるおそれがある。この通信機能を阻害するインダクタンスの減少は、ICカートのループアンテナから発信された電波が金属製の筐体に渦電流を生じさせることに起因するものである。特に、上述したようなリーダライタを内蔵させた携帯型の小型の通信端末装置の如き電子機器においては、装置本体を構成する筐体を大きくすることができないため、この筐体に組み込まれるアンテナ部を構成するループアンテナを大きくすることができない。その結果、携帯型の小型の通信端末装置とICカートとの間で情報の授受を行うためには、必然的にICカートを金属製の筐体に密着又は近接させる必要があり、金属製の筐体の影響が顕著となり、インダクタンスが著しく減少し、通信端末装置とICカートとの間での通信が行えなくなってしまう。
【0107】
そこで、本発明は、小型の携帯可能な大きさに形成された通信機能を有する電子機器、例えば、通信端末装置の薄型化と共に小型化を図りながら、装置本体を構成する筐体の強度を確保し、通信機能を備えたICカードとの間での確実な通信を実行し得る電子機器を構成したものである。
【0108】
以下、本発明を、小型の携帯可能な大きさに形成された通信機能を有する電子機器である通信端末装置に適用した例を挙げて説明する。
【0109】
本発明は、上述した図18に示すような通信端末装置70に適用することができ、更に具体的には、図29に示すように構成された通信機能を備えた通信端末装置121に適用したものである。この通信端末装置121は、図29に示すように、矩形状に形成された装置本体を構成する金属製の筐体122を備えている。筐体122は、マグネシウム合金の成型体、導電性が良好で非磁性のアルミニウム板、黄銅板、あるいは非磁性のステンレス板、鉄板等の金属板を用いて形成されている。筐体122の一方の面側には、表示部123が設けられている。表示部123は、液晶表示パネルにより構成され、筐体122の一方の側に位置して設けられている。この表示部123は、液晶表示パネルにより構成され、当該通信端末装置121により処理される情報や処理内容等が表示される。
【0110】
筐体122の一方の面側の中央部には、各種操作を行うための複数の操作ボタン124等からなる入力部125が設けられている。
【0111】
筐体122の表示部123が設けられる側とは反対側の端部には、この通信端末装置121との間で情報の通信が行われるICカード110が載置されるカード載置部126が設けられている。カード載置部126は、筐体122の表示部123や入力部125が設けられる表面側に設けられている。筐体122内のカード載置部126に対向する位置には、上述した図8に示すように構成された平面非対称型ループアンテナ80又は図9に示すように構成された図10に示す用に構成された立体非対称型ループアンテナ90が設けられている。図29に示す通信端末装置121は、図10に示すループアンテナ90を通信用アンテナ部として用いている。通信用アンテナ部の具体的な構成については、上述した各ループアンテナ80,90の説明を参照し、更なる詳細な説明は省略する。
【0112】
更に、筐体122内には、ICカード110に対してデータの書き込み及び読み出しを行うリーダライタ(R/W。)、当該通信端末装置121を構成する各部を制御する制御部が設けられている。制御部は、例えば、入力部125から入力される操作指令信号等の基づいて、R/WによるICカード110からの読み出しデータ等を表示部123に表示する。
【0113】
ここで、通信端末装置121との間で情報の授受が行われるICカード110を更に具体的に説明する。ここで用いられるICカード110は、JIS規格に準拠した識別カード同じ大きさに形成されている。ICカード110は、図29及び図30に示すように、長辺方向の長さL1を86mmとし、短辺方向の幅W1を54mmとし、厚さD1を0.76mmとする長方形状に形成されている。ICカード110を構成する合成樹脂を主たる構成材料として構成されたカード本体111内には、通信端末装置121との間で送受信される情報が記録されるメモリや通信を制御する制御する回路部を有するIC112やその他の電子部品が内蔵されている。
【0114】
カード本体111には、通信端末装置121側の通信用アンテナ部を構成する立体非対称型ループアンテナ90との間で通信を行うアンテナ部115が設けられている。ICカード110のアンテナ部115は、矩形状のカード本体111の外周囲、すなわち、カード本体111の相対向する一方及び他方の長辺111a,111b及び相対向する一方及び他方の短辺111c,111dに沿うよう導電を矩形状に巻回してループアンテナとして形成されている。すなわち、ICカード110に設けられるアンテナ部115は、カード本体111の各長辺111a,111bに沿う長辺部115a,115b及び各短辺111c,111dに沿う短辺部115c,115dとを有する矩形状のループアンテナとして形成されている。
【0115】
なお、長方形状に形成されたICカード110のうち、カード本体111のいずれか一方の長辺111a,111bに沿ういずれか一方の長辺部115a,115bを通信用アンテナ部に近接させて通信を行うように構成する場合には、短辺部115c,115dは、必ずしも他方の短辺111c,111dに沿う必要はなく、これら短辺に傾斜させたものであってもよい。
【0116】
ICカード110に設けられるアンテナ部115は、各長辺部115a,115bを構成する巻線の間隔及び線幅を非対称としたものであってもよい。すなわち、一方の長辺部111aの巻線の幅及び間隔を大きくすることにより、アンテナ部115により形成される放射磁界分布を制御することにより、通信端末装置121との通信可能範囲を更に広げるようにしてもよい。
【0117】
本発明に係る通信端末装置121は、上述したような大きなの長方形状に形成されたカード本体111を有し、このカード本体111の外周囲に沿ってアンテナ部115を設けたICカード110が筐体122の表面に設けたカード載置部126に接近して対向されたとき、アンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115b側のみが重なる位置に立体非対称型ループアンテナ90が配置されている。
【0118】
なお、筐体122の表面に構成されたカード載置部126には、筐体122内に配置した立体非対称型ループアンテナ90の位置を示し、更に、ICカード110の接近位置を示す指標部127が設けられている。指標部127は、筐体122の表面に印刷により形成され、あるいは筐体122の一部に刻印を施して設けられる。指標部127は、記号や図形のみならず、ICカード110のいずれか一方の長辺111a,111bを接近させる位置であることを示す文字等により構成したものであってもよい。
【0119】
ここで、通信端末装置121の筐体122内に設けられるループアンテナ90の位置を更に具体的に説明すると、このループアンテナ90は、ICカード110のいずれか一方の長辺111a,111bを指標部127に対応させるように接近させたとき、図30に示すように、ICカード110側のアンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115bが筐体122の一方の端部122aから突出する位置に設けられる。このとき、ICカード110側のアンテナ部115のいずれか他方の長辺部115a,115bがループアンテナ90に対向される。
【0120】
すなわち、通信端末装置121側のループアンテナ90は、図30に示すように、筐体122の一方の端部122aからICカード110の短辺111c,111dの幅W1より小さい領域内に位置して配置されている。
【0121】
本発明に係る通信端末装置121にあっては、ICカード110がいずれか一方の長辺111a,111bを指標部127に接近させてカード載置部126上に接近されると、ICカード110側のアンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115bがループアンテナ90に対向し、いずれか他方の長辺部115a,115bが金属製の筐体122の外部に突出した状態となる。
【0122】
本発明に係る通信端末装置121においては、ICカード110を筐体122に接近させたとき、ICカード110側のアンテナ部115において、金属製の筐体122と対向しない長辺部115a,115bが得られる。その結果、ICカード110との間で金属製の筐体122の影響を受けることなくICカード110に書き込まれ、又は上記ICカード110から読み出される情報の授受の通信が行われる。
【0123】
すなわち、通信端末装置121とICカード110との間の通信は、ループアンテナ90とICカード110の金属製の筐体122と対向しない長辺部115a,115bとの間で実現できるため、金属製の筐体122に起因するインダクタンスの減少を防止して通信を行うことができる。
【0124】
本発明に係る通信端末装置121において、ICカード110との間での一層確実な通信を行うためには、金属製の筐体122のループアンテナ90が配設される部分の幅W2をICカード110の長辺方向の長さL1幅より小さくすることが望ましい。このように筐体122を構成するすることにより、ICカード110をカード載置部126に接近させ、アンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115bをループアンテナ90に重ねるように対向させたとき、アンテナ部115の短辺部115c,115dを筐体122の側方に突出させて位置させることができるので、金属製の筐体122に起因するインダクタンスの減少を一層確実に防止できる。
【0125】
本発明に係る通信端末装置121においては、ICカード110が、アンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115bをループアンテナ90に重ね、いずれか他方の長辺部115a,115bを金属製の筐体122に重ねられないように位置してカード載置部126上に接近されるように、カード載置部126側に位置決め部130を設ける。位置決め部130は、図31に示すように、カード載置部126のICカード110のループアンテナ90に重ね合わせられる側のいずれか一方の長辺111a,111b側が突き当てられる段差部として構成される。
【0126】
このように通信端末装置121に対するICカード110の接近位置を規定する位置決め部130を設けることにより、ICカード110側のアンテナ部115とループアンテナ90との位置関係を正確に位置決めし、アンテナ部115の金属製の筐体122と重ねられない部分を確実に得ることができるので、金属製の筐体122に起因するインダクタンスの減少を一層確実に防止できる。
【0127】
更に、本発明に係る通信端末装置121において、ICカード110との間で通信を行うループアンテナ90は、図32に示すように、金属製の筐体122の一のコーナ部に設けるようにしてもよい。この場合には、ICカード110は、図32に示すように、ループアンテナ90が配設された金属製の筐体122のコーナ部を覆うようにして配置される。このように金属製の筐体122を矩形状とし、矩形状の筐体122のコーナ部にループアンテナ90を配することにより、アンテナ部115のいずれか一方の長辺部115a,115bをループアンテナ90に重ね、いずれか他方の長辺部115a,115bを金属製の筐体122に重ねないように位置してICカード110をカード載置部126に配置することができ、上述した通信端末装置121と同様に、金属製の筐体122に起因するインダクタンスの減少を抑え、確実な通信が可能となる。
【0128】
更に、本発明に係る通信端末装置121に用いられるICカード110は、上述したような矩形状のものに限られず、図33に示すように円形のものであってもよい。このICカード110は、円盤状のカード本体141の外周縁に沿って導線を巻線した円環状のアンテナ部145を備えたものであってもよい。この場合においても、通信端末装置121に設けられるループアンテナ90は、円形のICカード110を金属製の筐体122に接近させたとき、円環状のアンテナ部145の一部のみが重なり、他の部分が金属製の筐体122の外方に位置し化なさることない位置に設けられる。この通信端末装置121においても、金属製の筐体122内に配置したループアンテナ90の位置を示し、ICカード110の周縁を接近させる位置を示す指標部127が設けられる。
【0129】
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができる。
【0130】
【発明の効果】
上述したように、本発明に係る電子機器は、筐体を金属により作製しながら、この金属製の筐体の影響を抑えてICカードとの間で通信を行うことができるので、ICカードに書き込まれ、又は上記ICカードから読み出される情報を確実に授受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のRFIDシステムを示す模式図である。
【図2】従来のR/W用のループアンテナを示す平面図である。
【図3】上記従来のR/W用のループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図4】上記従来のR/W用のループアンテナによるICカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図5】上記従来のR/W用のループアンテナを金属筐体に配置した場合の磁場分布を示す模式図である。
【図6】上記従来のR/W用のループアンテナを樹脂筐体に配置した場合を示す断面図である。
【図7】本発明に係る電子機器に用いられるRFIDシステムの構成を示す回路図である。
【図8】平面非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図9】上記平面非対称型ループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図10】立体非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図11】上記立体非対称型ループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図12】磁性体シートの比透磁率と通信範囲との関係を示す特性図である。
【図13】磁性体シートのMs・tと通信距離との関係を示す特性図である。
【図14】合成樹脂製の筐体の場合において、平面対称型ループアンテナ、平面非対称型ループアンテナ及び立体非対称型ループアンテナによるICカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図15】金属製の筐体の場合において、上記各ループアンテナによるICカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図16】磁性体シートを配置しない場合において、上記各ループアンテナによるICカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図17】磁性体シートを配置した場合において、上記各ループアンテナによるICカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図18】通信端末装置の構成を示す平面図である。
【図19】上記通信端末装置に配置された立体非対称型ループアンテナを示す断面図である。
【図20】上記通信端末装置に配置された立体非対称型ループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図21】磁性体シートの製造工程を示すフローチャートである。
【図22】押出し成形機を示す模式図である。
【図23】塗布装置を示す模式図である。
【図24】Aは、磁性体シートを示す平面図であり、Bは、磁性体シートを示す断面図である。
【図25】ループコイルを示す平面図である。
【図26】立体非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図27】立体非対称型ループアンテナにおいて磁性体シートが柔らかい場合を示す要部断面図である。
【図28】立体非対称型ループアンテナにおいて磁性体シートが硬い場合を示す要部断面図である。
【図29】本発明が適用された電子機器である通信端末装置とこの通信端末装置に用いられるICカードを示す斜視図である。
【図30】本発明が適用された通信端末装置にICカードを接近させた状態を示す平面図である。
【図31】本発明が適用された他の例の通信端末装置とICカードを示す斜視図である。
【図32】本発明が適用された更に他の例の通信端末装置にICカードを接近させた状態を示す平面図である。
【図33】本発明が適用された更に他の例の通信端末装置にICカードを接近させた状態を示す平面図である。
【符号の説明】
80 平面非対称型ループアンテナ、 90 立体非対称型ループアンテナ、110 ICカード、 112 IC、 115 アンテナ部、 121 通信端末装置、 122 筐体、 126 カード載置部、 130 位置決め部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic device having a communication function of writing and reading data to and from a non-contact type IC card that inductively couples an electromagnetic field.
[0002]
[Prior art]
In recent years, so-called RFID (Radio Frequency IDentification) systems using non-contact IC cards and IC tags have been introduced in fields such as railway automatic ticket gates, security systems for entering and exiting buildings, and electronic money systems. Has begun to be. This RFID system, as schematically shown in FIG. 1, includes a non-contact
[0003]
In such an RFID system, unlike a conventional contact type IC card system, it is not necessary to load an IC card on a reader / writer or contact a metal contact, and data can be written and read easily and at high speed. It can be carried out.
[0004]
In this RFID system, necessary power is supplied from the reader /
[0005]
In the above-described RFID system, in order to secure a sufficient communication range between the
[0006]
In general, the
[0007]
Accordingly, the
[0008]
FIG. 4 shows the card position dependence of the current intensity induced in the
[0009]
In FIG. 4, the
[0010]
Here, when the center position of the
[0011]
In the above-described
[0012]
Such a
[0013]
When the
[0014]
While there are technical difficulties as described above, for example, the above-described reader /
[0015]
The portable small electronic device described above is different from the fixedly mounted electronic device in that the size of the device is limited, and therefore, even if the arrangement space is devised, the electromagnetic field radiated by the
[0016]
Further, portable small electronic devices are strongly demanded for low power consumption, cannot afford to increase the drive current of the
[0017]
Still further, a portable electronic device may not always have a desired R /
[0018]
By the way, as a conventional technique capable of reducing the influence of the metal housing on the
[0019]
[Patent Document 1]
JP-A-10-144048 (page 3-4, FIG. 4)
[Patent Document 2]
JP-A-2001-331829 (page 19, FIG. 16)
[Patent Document 3]
JP 2001-331772 A
[Patent Document 4]
JP-A-2002-123799
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional technologies realize an optimal small and thin R / W loop antenna for a portable small electronic device in which power consumption and installation place are materially and spatially limited. Is difficult.
[0021]
An object of the present invention is to provide a new electronic device with a communication function that can solve the problems of the conventional technology as described above.
[0022]
Another object of the present invention is to provide an electronic device with a communication function that enables accurate transmission and reception of write and / or read information by reducing the influence of a material forming a housing that forms a device main body. It is in.
[0023]
Still another object of the present invention is to provide an electronic device with a communication function that enables further miniaturization and higher performance of the device itself.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, an electronic device with a communication function according to the present invention includes a metal housing for housing components and a communication function that is disposed in the housing and includes a loop antenna. A communication antenna unit for communicating with the IC card, wherein the communication antenna unit is configured such that when the IC card approaches the housing, a part of the antenna unit built in the IC card becomes part of the communication antenna unit. The antenna is disposed on the housing such that the antenna overlaps and a part of the antenna portion on the IC card side does not overlap with the housing. Here, a loop antenna composed of a loop coil is used for the antenna unit on the IC card side.
[0025]
The metal housing has at least a communication antenna unit disposed therein and a width of an area where a part of the IC card is opposed to the IC card, which has a rectangular shape having at least a short side and a long side. It is smaller than the length in the long side direction.
[0026]
The metal housing of the electronic device according to the present invention is provided with an index portion that indicates the position of the antenna portion provided in the housing.
[0027]
In a region of the metal housing facing the IC card, a positioning portion for positioning a position facing the housing of the IC card is provided.
[0028]
The electronic device according to the present invention, when an IC card having a communication function with a built-in antenna is approached to a metal case, that is, when the IC card is positioned on the case, the Only a part thereof overlaps with a part of the communication antenna portion on the housing side, thereby preventing deterioration of communication characteristics for transmitting / receiving information to / from the IC card.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an electronic device with a communication function according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
First, an antenna device used in an electronic device with a communication function according to the present invention will be described. This antenna device is used in an RFID system having a configuration as shown in FIG. As shown in FIG. 7, the RFID system includes a non-contact
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
The rectifier circuit 6 includes a diode 13, a resistor 14, and a
[0035]
The regulator 7 is connected to the cathode terminal of the diode 13 of the rectifier circuit 6, the resistor 14, and one end of the
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
The memory 11 is a non-volatile memory such as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) that does not require power to hold data, and is connected to the above-described
[0040]
The
[0041]
On the other hand, the R /
[0042]
The
[0043]
In the
[0044]
The
[0045]
The
[0046]
In the RFID system configured as described above, when writing of predetermined data is instructed to the
[0047]
Here, the resonance frequency of the resonance circuit including the loop coil 4 and the
[0048]
The signal rectified and smoothed by the rectification circuit 6 is supplied to the
[0049]
On the other hand, when the signal (command) input from the
[0050]
As described above, communication is performed between the
[0051]
By the way, as the
[0052]
The
[0053]
The
[0054]
On the other hand, the
[0055]
In this case, the magnetic field distribution of the
[0056]
The
[0057]
The
[0058]
The
[0059]
The
[0060]
The
[0061]
The
[0062]
On the other hand, the
[0063]
In the
[0064]
In this case, the magnetic field distribution in one direction indicated by arrow Z in FIG. 10 formed by the
[0065]
Therefore, the
[0066]
In this
[0067]
The above-described
[0068]
Specifically, when the relationship between the effective relative magnetic permeability μ ′ of the
[0069]
When the relationship between the product Ms · t of the saturation magnetization Ms and the thickness t of the
[0070]
The
[0071]
In these
[0072]
Note that the above-described
[0073]
As described above, the
[0074]
Next, the antenna device (hereinafter, referred to as a planar asymmetric loop antenna) 80 shown in FIG. 8 described above, another antenna device (hereinafter, referred to as a three-dimensional asymmetric loop antenna) 90 shown in FIG. 10, and FIG. A conventional antenna device (hereinafter, referred to as a plane symmetric loop antenna) 200 shown in FIG. 14 is disposed in a case formed using a synthetic resin shown in FIG. 14 and a case formed using a metal shown in FIG. The comparison of the communication performance with the case where it was placed on the body was performed.
[0075]
Note that the
[0076]
FIGS. 14 and 15 are characteristic diagrams showing the card position dependence of the current intensity induced in the IC card by each of the
[0077]
When each of the
[0078]
On the other hand, when each of the
[0079]
From the above, the planar
[0080]
The planar
[0081]
Next, for each of the
[0082]
As shown in FIGS. 16 and 17, in each of the
[0083]
Next, an example in which the above-described RFID system is applied to a
[0084]
The
[0085]
The
[0086]
A microcomputer (CPU) that controls each unit is provided inside the
[0087]
As shown in FIG. 19, the
[0088]
Here, the three-dimensional
[0089]
In this case, as shown in FIG. 20, the magnetic field distribution by the three-dimensional
[0090]
Therefore, in this
[0091]
In the
[0092]
Further, since the
[0093]
Next, an example of a method for manufacturing the three-dimensional
[0094]
The three-dimensional
[0095]
In order to produce the three-dimensional
[0096]
Thereafter, in step S2, the magnetic paint is filtered to produce a magnetic paint in which the magnetic powder having a predetermined particle size or more has been removed from the binder.
[0097]
Next, in step S3, the extruder shown in FIG. 22 is used to extrude the
[0098]
Next, in step S4, the long
[0099]
Next, in step S5, the adhesive 99 is applied to one surface of the magnetic sheet 92a while sandwiching the band-shaped
[0100]
Next, in step S6, the band-shaped
[0101]
As described above, the
[0102]
Next, as shown in FIG. 24, the above-described
[0103]
Next, as shown in FIG. 26, the
[0104]
Through the above-described steps, the three-dimensional
[0105]
As shown in FIG. 27, the
[0106]
By the way, as described above, a built-in antenna unit using the planar
[0107]
Therefore, the present invention secures the strength of a housing constituting a main body of an electronic device having a communication function formed in a small and portable size, for example, while reducing the thickness and size of a communication terminal device. In addition, the present invention constitutes an electronic device capable of executing reliable communication with an IC card having a communication function.
[0108]
Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a communication terminal device that is a small electronic device having a communication function and formed in a portable size will be described.
[0109]
The present invention can be applied to the
[0110]
An
[0111]
At the end of the
[0112]
Further, in the
[0113]
Here, the
[0114]
The
[0115]
Note that, of the
[0116]
The
[0117]
The
[0118]
In addition, the
[0119]
Here, the position of the
[0120]
That is, as shown in FIG. 30, the
[0121]
In the
[0122]
In the
[0123]
That is, since communication between the
[0124]
In the
[0125]
In the
[0126]
By providing the
[0127]
Further, in the
[0128]
Further, the
[0129]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment described with reference to the drawings, and various changes, substitutions, or equivalents can be made without departing from the spirit of the present invention. it can.
[0130]
【The invention's effect】
As described above, the electronic apparatus according to the present invention can perform communication with the IC card while suppressing the influence of the metal casing while manufacturing the casing with metal. Information written or read from the IC card can be reliably transmitted and received.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional RFID system.
FIG. 2 is a plan view showing a conventional R / W loop antenna.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution by the conventional R / W loop antenna.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the performance of communication with an IC card by the conventional R / W loop antenna as an induced current characteristic.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution when the conventional R / W loop antenna is arranged in a metal housing.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a case where the conventional R / W loop antenna is arranged in a resin housing.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of an RFID system used for an electronic device according to the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing a planar asymmetric loop antenna.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution by the planar asymmetric loop antenna.
FIG. 10 is a plan view showing a three-dimensional asymmetric loop antenna.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution by the stereo asymmetric loop antenna.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a relationship between a relative magnetic permeability of a magnetic material sheet and a communication range.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship between Ms · t of a magnetic material sheet and a communication distance.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing, in the case of a synthetic resin housing, the performance of communication with an IC card using a planar symmetric loop antenna, a planar asymmetric loop antenna, and a three-dimensional asymmetric loop antenna as an induced current characteristic.
FIG. 15 is a characteristic diagram showing, in the case of a metal housing, the communication performance of each of the loop antennas with an IC card as an induced current characteristic.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing a communication performance of each loop antenna with an IC card by an induced current characteristic when a magnetic sheet is not arranged.
FIG. 17 is a characteristic diagram showing the communication performance of each of the loop antennas with the IC card in the case where a magnetic material sheet is arranged, by using an induced current characteristic.
FIG. 18 is a plan view showing a configuration of a communication terminal device.
FIG. 19 is a sectional view showing a three-dimensional asymmetric loop antenna arranged in the communication terminal device.
FIG. 20 is a schematic diagram showing a magnetic field distribution by a three-dimensional asymmetric loop antenna arranged in the communication terminal device.
FIG. 21 is a flowchart showing a manufacturing process of a magnetic sheet.
FIG. 22 is a schematic view showing an extruder.
FIG. 23 is a schematic view showing a coating device.
FIG. 24A is a plan view illustrating a magnetic sheet, and FIG. 24B is a cross-sectional view illustrating the magnetic sheet.
FIG. 25 is a plan view showing a loop coil.
FIG. 26 is a plan view showing a three-dimensional asymmetric loop antenna.
FIG. 27 is a cross-sectional view of relevant parts showing a case where a magnetic sheet is soft in a three-dimensional asymmetric loop antenna.
FIG. 28 is a cross-sectional view of relevant parts showing a case where a magnetic sheet is hard in a three-dimensional asymmetric loop antenna.
FIG. 29 is a perspective view showing a communication terminal device as an electronic apparatus to which the present invention is applied and an IC card used for the communication terminal device.
FIG. 30 is a plan view showing a state where an IC card is approached to a communication terminal device to which the present invention is applied.
FIG. 31 is a perspective view showing another example of a communication terminal device and an IC card to which the present invention is applied.
FIG. 32 is a plan view showing a state in which an IC card is approached to a communication terminal device of still another example to which the present invention is applied.
FIG. 33 is a plan view showing a state in which an IC card is approached to a communication terminal device of still another example to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
Claims (9)
上記筐体に配置され、アンテナ部が内蔵され通信機能を備えたICカードと通信を行う通信用アンテナ部とを備え、
上記通信用アンテナ部は、上記ICカードが上記筐体に接近したとき、上記ICカードに内蔵されたアンテナ部の一部が上記通信用アンテナ部の一部に重なり、上記ICカード側のアンテナ部の一部が上記筐体と重ならないように位置されて上記筐体に配設されていることを特徴とする通信機能付き電子機器。A metal housing for storing electronic components,
A communication antenna unit for communicating with an IC card having a communication function, which is disposed in the housing and has a built-in antenna unit and a communication function;
When the IC card approaches the housing, a part of the antenna part built in the IC card overlaps a part of the communication antenna part, and the communication antenna part on the IC card side An electronic device with a communication function, wherein a part of the electronic device is disposed so as not to overlap with the housing and is provided in the housing.
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